《呼吸系统生理》PPT课件.ppt

,呼吸系统 Respiratory Physiology,内容提要,第一节 肺通气 第二节 呼吸气体的交换 第三节 呼吸气体在血液中的运输 第四节 呼吸运动的调节,呼吸(Respiration)过程,内呼吸,外呼吸,肺通气(Pulmonary Ventilation): 气体进出肺的过程，即外界环境与肺之间的气体交换过程。,第一节 肺通气,呼吸道、胸廓、呼吸肌、肺泡、胸膜腔,Airway: 上呼吸道：鼻、咽、喉 下呼吸道：气管、支气管,Bronchoscope(气管镜),肺通气的结构基础：,1.通气功能 2.加温加湿作用 3.过滤清洁作用 4.防御功能,呼吸道的功能,肺泡(Alveolus)-气体交换场所,呼吸肌,(一)肺通气的动力 直接动力:肺泡气与大气之间的压力差 原动力:呼吸肌的收缩与舒张,一、肺通气的原理,1.呼吸运动(Respiratory Movement),概念:呼吸肌收缩、舒张引起胸廓节律性 的扩大和缩小。,吸气运动 呼气运动,一、肺通气的原理,呼吸的过程,呼吸时肋骨的运动方向,一、肺通气的原理,胸腔上下径增加,膈肌收缩,穹隆下降,胸腔、肺容积增加,吸气,胸腔前后、左右径增加,肋间外肌收缩,肋骨上举下缘向外偏转,胸腔、肺容积增加,吸气,呼吸运动过程（呼气、吸气过程相反）：,吸 气 过 程,Animation,(1)平静呼吸和用力呼吸,吸气肌收缩,肺内压 大气压,胸腔、肺容积增加,大气入肺,吸气（主动）,吸气肌舒张,肺内压 大气压,胸腔、肺容积缩小,肺内气体外流,呼气（被动）,平静呼吸(Eupnea）：,一、肺通气的原理,吸气肌收缩 辅助吸气肌收缩,胸腔、肺容积增加,肺内压 大气压,大气入肺,吸气（主动）,吸气肌舒张 呼气肌收缩,肺内压大气压,胸腔、肺容积缩小,肺内气体外流,呼气（主动）,用力呼吸(Forced Respiration)：,一、肺通气的原理,胸式呼吸和腹式呼吸 胸式呼吸（Thoracic Breathing）： 以肋间外肌舒缩活动为主 腹式呼吸(Abdominal Breathing )： 以膈肌舒缩活动为主,一般情况下，呼吸运动是二者的混合形式。,一、肺通气的原理,混合呼吸:正常成人 腹式呼吸:婴儿、胸膜炎、胸腔积液 胸式呼吸:严重腹水、腹腔有巨大肿块,呼 吸 类 型,一、肺通气的原理,2.呼吸时肺内压的变化 吸气:0.1330.266kPa(12mmHg) 呼气:0.1330.266kPa(12mmHg) 用力呼吸:肺内压变化程度增大,一、肺通气的原理,呼吸时肺内压的变化,一、肺通气的原理,在呼吸过程中肺内压的周期性的变化，使肺内压和大气压之间的形成压力差，这一压力差是推动气体进出肺的直接动力。,一、肺通气的原理,人工呼吸（Artificial Respiration）: 基本原理:使肺内与外界大气压间产生压力差 方法:负压吸气式(压胸法) 正压吸气式(口对口呼吸法，呼吸机),一、肺通气的原理,3. 胸膜腔内压（Intrapleural Pressure） (1) 定义： 胸膜腔：指由胸膜壁层与胸膜脏层围成的密 闭、潜在的腔隙。 胸膜腔内压：胸膜腔内的压力。,一、肺通气的原理,（2）测定方法: 间接法:气囊测定食管内压以间接反映胸内压。 直接法:,一、肺通气的原理,特点: 平静呼吸时胸内 压始终为负压 用力吸气时负压 更大 用力呼气为正压,（3） 胸膜腔内压的变化： 呼气末期: 35mmHg 吸气末期: 510mmHg,（4）胸膜腔负压的形成原因:,胸内压大气压肺回缩力 胸内压0肺回缩力,迫使脏层胸膜回位,迫使脏层胸膜外移使肺扩张,(肺弹性组织回缩力和肺泡表面张力),肺 回 缩 力,(大 气 压),肺 内 压,形成机制:,必要条件: 胸膜腔密闭,胸膜腔负压,一、肺通气的原理,维持肺的扩张状态，保证肺通气和肺换气； 降低中心静脉压，促进血液和淋巴的回流。,胸膜腔负压的生理意义 ：,一、肺通气的原理,呼吸肌的舒缩是肺通气的原动力，它引起胸廓的张缩，由于胸膜腔和肺的结构特点，肺随胸廓的张缩而张缩，肺容积的变化造成肺内压和大气压之间的压力差，此压力差是肺通气的直接动力。,小 结：,一、肺通气的原理,（二）肺通气的阻力 (Pulmonary Ventilation Resistance),70% 弹性阻力,30% 非弹性阻力,肺通气阻力,胸廓弹性阻力,肺弹性阻力,气道阻力,粘滞阻力,惯性阻力,是指弹性组织在外力作用下产生的对抗 自身变形的力。 弹性阻力也弹性回缩力(Elastic Recoil),1.弹性阻力（Elastic Resistance）,一、肺通气的原理,肺组织自身的弹性阻力 肺泡表面张力,(1)肺弹性阻力,顺应性(C),1 弹性阻力(R),顺应性(Compliance):在外力作用下肺的可扩张性。,比顺应性,肺顺应性(L/cmH2O) 肺总容量(L),一、肺通气的原理,表面张力(Surface Tension): 是指液-气界面层的液体形成的内聚力。球型液-气界面的表面张力指向中心。,肺泡表面张力对呼吸的妨碍作用：,a.肺泡回缩肺通气 （吸气）阻力 b.肺泡内压不稳定 肺泡破裂或萎缩 c.促肺泡内液生成 产生肺水肿,相连通的大小肺泡内压及 气流方向图,T：肺泡表面张力 P：肺泡内压 r：肺泡半径,来源：肺泡型细胞 化学成分：二棕榈酰卵磷脂 （DPPC） 生理作用： 降低肺泡液-气界面的 表面张力。,肺泡表面活性物质（Alveolar Surfactant）,T：肺泡表面张力 P：肺泡内压 r：肺泡半径,相连通的大小肺泡内压及 气流方向图,减少肺间质和肺泡内的组织液生成，防止肺水肿。,肺泡表面活性物质生理意义：,维持互相交通的、大小不同肺泡的稳定性， 保持肺泡正常扩张状态。,降低吸气阻力，减少吸气作功。,一、肺通气的原理,成人肺炎、肺血栓等表面活性物质 肺不张。 胎儿在第67个月才开始分泌表面活性 物质，故早产儿可因缺乏表面活性物质 而发生肺不张和新生儿肺透明膜病呼 吸窘迫综合征。,临 床：,一、肺通气的原理,（2）胸廓的弹性阻力 胸廓处于自然位置时，不表现有弹性回缩力； 胸廓缩小时，胸廓的弹性回缩力向外吸气的动力，呼气的阻力； 胸廓扩大时(肺容量67)，胸廓的弹性回缩力向内，是吸气的阻力，呼气的动力。,胸廓的弹性阻力可以是吸气的阻力或动力,一、肺通气的原理,故肺顺应性加大并不一定表示肺通气功能好。,肺充血、肺不张、表面活性物质减少、肺纤 维化和感染等肺弹性阻力(肺顺应性) 吸气困难。 肺气肿肺弹性成分破坏肺回缩力 肺弹性阻力(肺顺应性)呼气困难。,（4）影响弹性阻力的因素,一、肺通气的原理,2.非弹性阻力（Non-elastic Resistance）,气道阻力：是由气体流经呼吸道时，气体 分子间及气体分子与呼吸道壁之间的摩擦 所产生。,一、肺通气的原理,(1)气流速度 流速快阻力大 (2)气流形式 层流阻力小 湍流阻力大 (3)呼吸道口径（R1r4）,影响气道阻力的因素：,一、肺通气的原理,二、肺容积和肺容量,（一）肺容积（Pulmonary Volume）,1.潮气量 （Tidal Volume, TV ） 2.补吸气量 （Inspiratory Reserve Volume, IRV） 3.补呼气量 （Expiratory Reserve Volume, ERV） 4.余气量 （Residual Volume, RV）,1.深吸气量(Inspiratory Capacity，IC） 2.功能余气量 (Functional Residual Capacity, FRC) 3.肺活量 (Vital Capacity,VC) 最大吸气后，从肺内所能呼出的最大气量。 4.肺总量(Total Lung Capacity, TLC),（二）肺容量(Pulmonary Capacities),二、肺容积和肺容量,定义：用力吸气后再以最快速度呼气，在一定 时间内呼出的气量占肺活量的百分数。 正常成人在第1、2、3秒末分别为83%、 96%、99%。 意义：反映肺活量容量大小以及呼吸所遇阻力 情况，是评价肺通气功能较好指标。,5. 时间肺活量（Timed Vital Capacity）,二、肺容积和肺容量,时间肺活量 （Timed Vital Capacity）,1.每分通气量(Minute Ventilation Volume) 每分钟吸入或呼出的气体量。 每分通气量 潮气量呼吸频率(次min), 69 L/min,三、肺通气量,肺通气量(Pulmonary Ventilation Capacity),指以最快的速度和尽可能深的幅度进行呼吸时 的每分通气量。可反映呼吸功能的储备能力。,最大通气量最大限度潮气量最快呼吸频率(次/分),通气贮存量百分比= ,最大通气量,最大通气量-每分通气量,100%,93%(反映通气贮备能力), 70120 L/min,2.最大通气量 (Maximal Breathing Capacity),解剖无效腔(Anatomical Dead Space): 约150ml 肺泡无效腔(Alveolar Dead Space) 生理无效腔解剖无效腔+肺泡无效腔 肺泡通气量:每分钟肺泡实际更新的气量。,3.肺泡通气量(Alveolar Ventilation Capacity),(潮气量无效腔容积)呼吸频率, 4.26.3 L/min,潮气量 呼吸频率 肺通气量肺泡通气量 500ml 16次/分 8000ml 5600ml 250ml 32次/分 8000ml 3200ml 1000ml 8次/分 8000ml 6800ml,潮气量、呼吸频率和肺泡通气量的关系,在一定范围内，深慢呼吸比浅快呼吸好。,肺换气 组织换气,第二节 呼吸气体的交换,气体交换方式：扩散 气体扩散：气体分子从分压高处向分压低处 净转移的过程 气体扩散速率：单位时间内气体扩散的容积,一、气体交换原理,气体扩散速率,扩散面积气体分压差气体溶解度温度,扩散距离,影响气体扩散速率的因素,1.气体的分压差 2.气体的分子量和溶解度 3.扩散面积和距离 4.温度,一、气体交换原理,CO2,O2,二、气体交换过程,（一）分压差 （二）气体的分子量 和溶解度 （三）呼吸膜的厚度 负相关 （四）呼吸膜的面积 正相关,三、影响肺换气的因素,（五）通气血流比值,气体扩散速率,气体分压差扩散面积气体溶解度温度,扩散距离,O2、CO2扩散速率（D）的比较 分子量 血浆溶解度 肺泡气 静脉血 D (mmHg) (mmHg) O2 32 21.4 102 40 1 CO2 44 515.0 40 46 2 ,CO2的扩散系数是O2的20倍，在相同的分压差作用下，CO2的扩散速率是O2的20倍；但在肺中，由于肺泡气和V血间O2和CO2分压差的不同，CO2的扩散速率实际约为O2的2倍。 肺功能衰竭患者往往缺O2显著，CO2潴留不明显。,指每分肺泡通气量与每分肺血流量(心输出量) 的比值。,通气血流比值4.250.84 肺泡通气量与肺血流量的匹配最合适， 肺换气效率最高。,正常成人安静时:,通气血流比值 (Ventilation/Perfusion Ratio ):,三、影响肺换气的因素,肺尖和肺底的通气血流比值,通气血流比值大于0.84 肺泡通气过度，肺血流不足，肺泡无效腔增大。 通气血流比值小于0.84 通气不足，血流过剩，功能性动-静脉短路。,四、肺扩散容量(Pulmonary Diffusing Capacity，DL) 概 念：气体在1mmHg分压差作用下，每分钟通过 呼吸膜扩散的ml数。 意 义：肺扩散容量是衡量呼吸气通过呼吸膜能力 的一种指标。 正常值： O2的DL=20mlmin-1mmHg-1 CO2的DL=400mlmin-1mmHg-1,每分钟通过呼吸膜扩散的气体容积(ml/min) 肺泡中该气体的平均分压肺毛细血管血液中该气体的平均分压,(mmHg),DL=,一、氧和二氧化碳在血液中的运输形式 物理溶解 化学结合,第三节 呼吸气体在血液中的运输,(一)物理溶解：O2直接溶解于血浆中。 特征:溶解量与分压呈正比； 占血氧总量的1.5%,但不可缺少。 (二)化学结合：O2与血红蛋白(Hb)进行化学结合。 特征:占血氧总量的98.5%,主要运输形式。,二、氧的运输,肺泡,氧分子,氧离血红蛋白(Hb),氧合血红蛋白(HbO2),氧气在血液中的运 输,组织细胞,O2的净扩散,oxyhemoglobin,deoxyhemoglobin,Animation,Hb与O2结合的特点：,1. 反应快、可逆、受PO2的影响、不需酶的催化; 2. Hb与O2结合是氧合而不是氧化; 3. Hb与O2结合能力强，1分子Hb可与4分子O2可 逆结合; 4. Hb的变构效应直接影响对O2的亲和力。,二、氧的运输,二、氧的运输,PO2 (氧合),PO2 (氧离),当浅表毛细血管床血液中去氧Hb达50g/L以上 时，皮肤、粘膜呈蓝紫色，称为紫绀(Cyanosis) (一般是机体缺O2的标志）。,鲜红色,蓝紫色,二、氧的运输,紫绀(Cyanosis)的鉴别,二、氧的运输,氧合Hb 为疏松型 （Relaxed Form, R型） 去氧Hb 为紧密型 （Tense Form, T型）,即：,当Hb某亚基与O2结合Hb变构其他亚基亲O2力4个亚基的协同效应S形的氧解离曲线。,Hb的变构效应：,二、氧的运输,R型,T型,血红蛋白氧饱和 度,（ ）,%,左移,右移,0 20 40 60 80 100 120,（mmHg）,氧解离曲线(Oxygen Dissociation Curve),PO2,二、氧的运输,1.上段 结合部分 PO2 在10060mmHg，为保证机体摄取足够的 O2量，提供了较大的安全系数。 2.中段 释放部分 PO2在6040mmHg，保证为组织提供较多的O2 3.下段 储备部分 PO24015mmHg，代表O2的贮备能力。,氧解离曲线特点：,二、氧的运输,1.pH和PCO2 波尔效应 (Bohr effect) 2.温度 3.2,3-DPG,(四)影响氧解离曲线的因素,(一)物理溶解 占总运输量的5% (二)化学结合,总运输量的95%,碳酸氢盐：88%,氨基甲酰血红蛋白：7%,三、二氧化碳的运输,1.以碳酸氢盐形式的运输 88%,CO2H2O,碳酸酐酶,H2CO3,HCO3-H+,三、二氧化碳的运输,(1)反应过程： (2)反应特征:,反应迅速且可逆，无需酶催化； 虽不是主要运输形式,却是高效率运输形 式。肺部排出的CO2有17.5是此释放的。,2.以氨基甲酰血红蛋白的形式 7 （Carbaminohemoglobin ）,三、二氧化碳的运输,(三)CO2解离曲线,520ml/L,480ml/L,（四）O2与Hb的结合对CO2运输的影响,O2与Hb结合将促使CO2释放，这一效应称为何尔登效应(Haldane effect)。,在组织，CO2通过Bohr effect影响O2的结合和解离； 在肺部，O2通过Haldance effect影响CO2的摄取和释放。,节律性 随意性 自主性,第四节 呼吸运动的调节,脑桥,长吸中枢,节律中枢,呼吸中枢 Respiratory Center,延髓,呼吸调整中枢,中脑,一、呼吸中枢(Respiratory Center),(背侧呼吸组),(臂旁内侧核),(腹侧呼吸组),1、呼吸中枢广泛分布于大脑皮层、间脑、脑 桥、延髓和脊髓等部位 2、脊髓不能产生节律性的呼吸运动 3、延髓有呼吸节律基本中枢 4、脑桥上部有呼吸调整中枢,一、呼吸中枢(Respiratory Center),二、节律性呼吸运动的形成,神经元网络学说,呼吸道机械感受器 迷走神经 延髓,膈神经 膈肌 肋间神经 肋间外肌,三、呼吸的反射性调节,(一)肺牵张反射(Pulmonary Stretch Reflex) 定义：肺扩张或缩小引起吸气兴奋或抑制的反射。,肺扩张反射 肺缩小反射,生理意义：使吸气和呼气能及时相互转换。,三、呼吸的反射性调节,(二)呼吸肌本体感受性反射 克服呼吸道阻力 (三)防御性呼吸反射 1.咳嗽反射 2.喷嚏反射 3.血压、疼痛对呼吸的影响,(一)化学感受器 1.外周化学感受器 部位：颈动脉体和主动脉体 适宜刺激：动脉血PO2降低、PCO2或+浓度变化 2.中枢化学感受器 部位：延髓腹外侧的浅表部 适宜刺激：脑脊液中的+，而不是CO2本身。,四、化学感受性反射,1.CO2对呼吸的影响 CO2 ：维持正常呼吸的生理性刺激。 0.04%：正常呼吸 15%：CO2麻醉,(二)CO2、H和低O2对呼吸的调节,四、化学感受性反射,CO2,外周化学感受器,窦神经,主A神经,呼吸中枢,膈肌、 肋间 外肌,通过血脑屏障使脑脊液PCO2升高,CO2+H2O,H2CO3,H+,H+,中枢化学感受器,呼吸中枢,膈肌、肋间 外肌,呼吸深快,呼吸深快,+,+,1.CO2对呼吸的影响, CO2兴奋呼吸的作用,以中枢途径为主，外周途径为次； CO2兴奋呼吸的中枢途径是通过H+的间接作用。,1.CO2对呼吸的影响,四、化学感受性反射,通过刺激外周和中枢化学感受器两条途径实现。 动脉血+浓度增加主要是通过刺激外周化学感 受器，使呼吸加深加快，肺通气增加。 脑脊液中的H+是中枢化学感受器的最有效刺激。,2. H对呼吸的影响 H+ 呼吸加深加快,四、化学感受性反射,动脉血PO2降低使呼吸运动增强，肺通气量增多,完全依赖于外周化学感受器 仅在动脉血PO280mmHg以下时起作用 缺氧对呼吸中枢的直接作用是抑制,3. 低氧对呼吸的影响,四、化学感受性反射,(三)CO2、H和低O2对呼吸调节的相互作用,4. PCO2、PO2和H+在调节呼吸中的相互作用,(三)CO2、H和低O2对呼吸调节的相互作用,Review,pulmonary ventilation intrapleural pressure compliance tidal volume timed vital capacity oxygen saturation alveolar ventilation volume ventilation/perfusion ratio pulmonary stretch reflex vital capacity,Thank You!,